Ogni studente sa che la Terra ha un campo magnetico:è ciò che fa allineare le bussole nord-sud e ci permette di navigare negli oceani. Protegge anche l'atmosfera, e così la vita, dal vento potente del sole.

Ma che dire di altri pianeti simili alla Terra nella galassia? Hanno anche campi magnetici per proteggere la vita emergente?

Una nuova analisi esamina un tipo di esopianeta - super-Terre fino a cinque volte più grandi del nostro pianeta - e conclude che probabilmente hanno un campo magnetico, ma generato in un modo totalmente nuovo:dagli oceani di magma dei pianeti.

La sorprendente scoperta che la lenta agitazione della roccia fusa in corrispondenza o sotto la superficie può generare un forte campo magnetico suggerisce anche che nei primi anni della Terra, quando era in gran parte un pezzo di roccia fusa, aveva anche un campo magnetico generato dal magma. Questo era in aggiunta al suo campo attuale, che si genera nel nucleo esterno di ferro liquido.

"Questo è un nuovo regime per la generazione di campi magnetici planetari, " disse Burkhard Militzer, un professore di scienze della terra e planetarie all'Università di Berkeley. "Il nostro campo magnetico sulla Terra è generato nel nucleo di ferro liquido esterno. Su Giove, nasce dalla convezione di idrogeno metallico liquido. Su Urano e Nettuno, si presume che sia generato negli strati di ghiaccio. Ora abbiamo aggiunto rocce fuse a questo elenco diversificato di materiali generatori di campi".

Il collegamento tra l'interno di un pianeta e il suo campo magnetico fornisce anche agli astronomi un modo per conoscere la composizione e l'età degli esopianeti troppo lontani per essere visitati.

"Questo è lontano nel futuro, ma se qualcuno osserva un esopianeta e trova un campo magnetico, potrebbe essere un'indicazione che c'è un oceano di magma, anche se non possono vederlo direttamente, " ha detto Militzer.

Le conclusioni hanno anche implicazioni per le possibilità di vita su altri pianeti. Mentre gli oceani di magma si raffreddano dall'alto, una superficie ospitale alla vita potrebbe apparire mentre il mantello fuso continua a ribollire.

"Un campo magnetico è utile per proteggere l'atmosfera planetaria dall'essere spazzata via dai venti stellari, " ha detto l'ex borsista post-dottorato dell'UC Berkeley François Soubiran, ora all'École Normale Supérieure di Lione, Francia. "La maggior parte delle super-Terre che stiamo rilevando ora sono molto vicine alle loro stelle ospiti ed esposte a venti stellari molto forti. Pertanto, la possibilità dell'esistenza di un campo magnetico è sicuramente una componente chiave nell'evoluzione del pianeta e della sua abitabilità."

Soubiran e Militzer hanno pubblicato i loro risultati il ​​24 settembre sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La dinamo interna della Terra

Il campo magnetico della Terra oggi è generato nel nucleo esterno di ferro fuso, dove masse che salgono e scendono di ferro liquido elettricamente conduttore, combinato con la rotazione del pianeta, creare una dinamo e un campo magnetico persistente.

Ma la Terra rocciosa era fusa dopo la sua formazione iniziale 4,5 miliardi di anni fa, e alcuni strati potrebbero essere rimasti fusi e in convezione - come acqua bollente, solo più lentamente – per milioni di anni dopo la sua nascita. L'oceano di magma che si sta lentamente convendo potrebbe aver generato un campo magnetico simile a quello generato oggi nel nucleo di ferro?

La stessa domanda è sorta dopo che le super-Terre sono state scoperte intorno ad altre stelle. Le Super-Terre sono così massicce che il loro interno, il mantello, dovrebbe rimanere liquido e convettivo per alcuni miliardi di anni dopo la formazione.

In entrambi i casi, il magma che bolle lentamente su un pianeta rotante può generare un forte campo magnetico solo se la roccia liquida conduce elettricità.

Nessuno sapeva se questo fosse vero.

Gli esperimenti sui silicati – termine che si riferisce alle migliaia di minerali a base di silicio che compongono l'interno roccioso della Terra – alle alte temperature e pressioni all'interno di una super-Terra sono difficili. Anche stabilire se una roccia rimane solida o diventa liquida non è immediato alle condizioni tipiche degli interni planetari:temperature di 10, 000 Celsius e pressioni 10 milioni di volte quella dell'aria intorno a noi.

"A temperature e pressioni standard, i silicati sono completamente isolanti; gli elettroni o sono strettamente legati ai nuclei o sono in legami molecolari e non sono in grado di muoversi liberamente e creare correnti elettriche macroscopiche, " Ha detto Soubiran. "Anche se l'elevata pressione interna aiuta a ridurre le barriere per il movimento degli elettroni, non era necessariamente ovvio che i silicati sarebbero stati condotti nelle super-Terre."

Ma Soubiran e Militzer avevano accesso a modelli computerizzati di minerali su scala atomica che permettevano loro di calcolare la conduttività di, in questo caso, quarzo (biossido di silicio), magnesia (ossido di magnesio) e un ossido di silicio-magnesio (post-perovskite), che sono tutti comuni nelle rocce sulla Terra, la luna e probabilmente tutti i pianeti del nostro sistema solare.

Dopo aver eseguito lunghi calcoli per ciascuno dei tre, hanno scoperto che questi silicati diventano moderatamente conduttivi quando cambiano da solido a liquido a temperature e pressioni elevate. Quando hanno collegato le conduttività ai modelli dell'interno della Terra, scoprirono che le rocce erano sufficientemente conduttive da sostenere una dinamo e quindi un campo magnetico.

"I nostri calcoli hanno mostrato che la struttura disorganizzata del liquido ha aiutato gli elettroni a diventare conduttori, " disse Soubiran. Silicati liquidi a 10, 000 Celsius e 10 milioni di atmosfere di pressione hanno solo circa un centesimo della conduttività del ferro liquido, Per esempio.

Soubiran ha notato che i pianeti che ruotano con un periodo di due giorni o più genererebbero un campo magnetico simile alla Terra:un campo di dipolo con nord e sud chiari. Rotazione più lenta, però, potrebbe creare un campo più disorganizzato che sarebbe più difficile da rilevare da lontano.

Bruce Buffett, un esperto di UC Berkeley sulle dinamiche dell'interno della Terra che non è stato coinvolto nella ricerca, detto che i pianeti possono generare campi magnetici solo se hanno il giusto equilibrio tra conduttività elettrica e velocità del fluido per creare il feedback necessario per sostenere un campo magnetico.

"L'aspettativa di molti geofisici era che, almeno in condizioni terrestri, la conducibilità dei silicati liquidi rientrerebbe maggiormente nella categoria di, bene, se tu avessi davvero, movimenti del fluido molto grandi per compensare una bassa conduttività, potresti avere un campo magnetico, " ha detto Buffet, professore di scienze della terra e planetarie. "Questo è il primo calcolo dettagliato per condizioni di temperatura e pressione più elevate, e trova che le conduttività sembrano essere un po' più alte, quindi i movimenti fluidi di cui avresti bisogno per far funzionare tutto questo sono forse un po' meno estremi."